Utente:Adert/SandBox3

Intro

Contesto storico

Nei primi anni sessanta l'Unione Sovietica raggiunse diversi traguardi nel settore spaziale prima degli Stati Uniti: su tutti il lancio del primo satellite artificiale Sputnik 1 nel 1957, e il primo volo umano nello spazio con Jurij Gagarin nel 1961. Il traguardo successivo principale, che avrebbe permesso a chi lo avesse raggiunto di essere visto dal resto del mondo come leader del settore spaziale, era il raggiungimento della Luna da parte di un uomo. Saturn V fu il razzo con cui gli Stati Uniti decisero di lanciare la corsa allo spazio.

Il 25 maggio 1961, il presidente John F. Kennedy annunciò a una sessione speciale del Congresso che gli Stati Uniti si sarebbero impegnati nell'obiettivo di mandare un uomo sulla luna prima della fine del decennio^[1][2][3].

A quel tempo, l'unica esperienza degli Stati Uniti nel volo spaziale umano era rappresenta dal volo suborbitale di Alan Shepard nella missione Mercury 7. Nessun razzo posseduto dagli statunitensi era in grado di inviare una navicella sulla Luna. Il razzo Saturn I era ancora in fase di sviluppo e non era mai decollato, ed inoltre con le sue piccole dimensioni sarebbero occorsi diversi lanci di mettere in orbita tutte le componenti di un modulo lunare.

All'inizio del progetto, la NASA studiò tre differenti scenari per la realizzazione della missione lunare: il rendezvous in orbita terrestre (Earth Orbit Rendezvous o EOR)^[4][5], l'ascesa diretta e il rendezvous in orbita lunare (Lunar orbit rendezvous o LOR)^[6].

Anche se in un primo momento la NASA respinse l'idea dello scenario LOR perchè considerato poco sicuro, fu in seguito rivalutato e infine adottato per la sua semplicità e globale per il ridotto tempo che avrebbe richiesto il suo sviluppo nel contesto di raggiungere l'obiettivo stabilito dal Kennedy^[7].^[8].

Il vantaggio più significaivo dello scenario LOR era che non richiedeva, contrariamente alla ascesa diretta, una razzo di dimensioni tali come doveva essere il lanciatore Razzo Nova previsto in un primo momento^[8].

La realizzazione della missione lunare LOR comunque richiese lo sviluppo di un lanciatore molto più potente di quelli disponibili nel 1960. La progettazione del nuovo veicolo di lancio fu assegnata al team diretto da Wernher von Braun. Il 10 gennaio 1962, la NASA annunciò la costruzione del Saturn V, all'epoca chiamato Saturn C-5. Nel 1963 fu costruito il primo motore. Dopo anni di progetti e test, il primo volo del razzo avvenne il 9 novembre 1967, con a bordo la capsula senza equipaggio Apollo 4.

Lo sviluppo del Saturn V

Saturn V è l'ultima razzo della famiglia di veicoli di lancio Saturn, sviluppato nel 1960 presso il Marshall Space Flight Center (MSFC).

Da C-1 a C-4

Il razzo C-1 fu il primo progetto avviato dalle squadre dirette da Wernher von Braun, nell'aprile del 1957, per sviluppare veicoli di lancio per varie applicazioni sia militari che civili. Questi progetti avevano il nome di "Super Jupiter" e "Juno" prima di essere ribattezzati come "Saturn", nel febbraio 1959.

Poi è arrivato Bill C-2, che è stato presto abbandonato a favore del C-3, che utilizzano due motori F-1 per la prima fase, quattro J-2 motori per la seconda e ultima tappa della S-utilizzando IV RL-10 motori di dieci. Prima di essere fatta la scelta finale della strategia da utilizzare per eseguire la missione lunare, la NASA ha previsto con il C-3 come un componente del concetto appuntamento missione in orbita attorno alla Terra, con almeno quattro o cinque lancia per realizzare una missione unica.

Ma il MSFC già fornito un razzo ancora più elevata, C-4, che fanno uso di quattro F-1 motori per il primo piano, secondo piano, tipo C-3 e ampliato la S-IVB, un pavimento con un unico motore J -2, come il terzo piano. Con C-4, solo due lanci sono stati necessari per raggiungere l'appuntamento missione in orbita attorno alla Terra. "

C-5

Il 10 gennaio 1962, la NASA annuciò il programma per costruire il missile C-5. Fu previsto che fosse dotato di cinque motori F-1 per il primo stadio, cinque motori J-2 per il secondo e uno per il terzo. Inizialmente, i primi quattro voli dovevano essere dei test, i primi tre in successione per testare il corretto funzionamento dei tre stadi e il quarto come missione senza equipaggio in orbita lunare.

A metà del 1962, la NASA decise di realizzare un piano di test che prevedeva tutte le prove sugli stadi in un unico volo, il che ridusse notevolmente il tempo e il numero dei razzi necesari. Ma tutto ciò dipese dal buon funzionamento dei tre stadi fin dl primo lancio.

Nel 1963, il C-5 fu ribattezzato Saturn V e vennero prodotti i motori dall'azienda Rocketdyne. L'anno seguente il motore F-1 ricevette la qualifica completa per essere utilizzato in missioni con equipaggio.

Il 9 novembre 1967 si ebbe il primo lancio di un Saturn V con a bordo la navicella spaziale priva di equipaggio Apollo 4. Il primo lancio con equipaggio si ebbe nel 1968 con la missione Apollo 8 che portò gli astronauti Frank Borman (comandante), James Lovell e William Anders per la prima volta in orbita lunare. Inizialmente questa missione doveva essere soltanto un test del modulo lunare in orbita terrestre. Essendo la realizzazione di quest'ultimo in ritardo, i vertici della NASA decisero di cambiare i piani^[9].

Tecnologia

 

Schame del Saturn V.

Saturn V è senza dubbio una delle macchine più imponenti nella storia dell'umanità.

Elevato di 110,6 metri e larga 10 metri, con una massa totale superiore a 3.000 tonnellate e una capacità di in orbita LEO (Low Earth Orbit) di 118 tonnellate, i razzi Saturno V superato tutti gli altri che avevano precedentemente rubato. Per confronto, Saturno V è approssimativamente la stessa altezza della Grande Arche de la Defense a Parigi.

Saturn V è stato progettato principalmente dal Marshall Space Flight Center di Huntsville, Alabama, così come molti componenti principali quali la propulsione, sono stati progettati dagli appaltatori.

I motori utilizzati dal programma di avvio sono stati i nuovi potenti motori F-1 e J-2 motori. Quando la prova, questi motori sono stati la creazione di vibrazioni nel terreno che potrebbe essere sentito 80 miglia di distanza. Tutte le stazioni sismiche negli Stati Uniti sono stati in grado di percepire le vibrazioni durante il decollo di un Saturn V.

I progettisti hanno deciso sin dall'inizio di usare il massimo della tecnologia Saturn V già dimostrato per il programma di Saturno 1. Così, la terza tappa della S-IVB Saturno V è basata sul secondo piano di Saturno S-IV 1. Allo stesso modo, gli strumenti di bordo che controllava il Saturn V in comune alcune caratteristiche con quelle di Saturno 1

Saturn V

Stadi

Tranne che per uno dei suoi voli, il razzo Saturn V fu sempre composto in tre stadi (S-IC, S-II e S-IVB) e una zona dedicata alla strumentazione di controllo. Tutti e tre gli stati utilizzavano l'ossigeno liquido (LOX) come ossidante. Come propellente, inoltre, il primo stadio utilizzava Cherosene (RP-1), mentre il secondo e il terzo idrogeno liquido (LH2). I tre stadi furono anche dotati di piccoli motori a combustibile solido, utilizzati per dare una spinta aggiuntiva della durata di pochi secondi al razzo per favorire la separazione degli stadi durante il lancio e garantire che i propellenti liquidi fossero sempre in fondo ai sebatoi in modo da avere un corretto funzionamento delle pompe. Gli stadi furono sviluppati da diversi appaltatori per conto della NASA.

Stadio S-IC

  Lo stesso argomento in dettaglio: S-IC.

 

Il primo stadio del Saturn V per la missione Apollo 8 viene messo in posizione verticale all'interno del Vehicle Assembly Building, il 1° febbraio 1968.

Lo stadio S-IC fu costruito dalla Boeing presso il Michoud Assembly Center a New Orleans, dove ora viene costruito il serbatoio esterno dello Space Shuttle. Come per la maggior parte degli stadi dei razzi, quasi tutta la massa delle 2.000 tonnellate al decollo era costituita dal propellente, in questo caso il cherosene RP-1 e l'ossigeno liquido.

Lo stadio era alto 42 metri per 10 metri di diametro e forniva una spinta di 3.500 tonnellate per le prime 61 miglia di salita^[10].

I cinque motori F-1, di cui era dotato, possedevano una dislocazione a croce. Il motore centrale era fisso, mentre i quattro più esterni erano in grado di ruotare, grazie a dei martinetto idraulici, allo scopo di guidare il razzo.

Stadio S-II

  Lo stesso argomento in dettaglio: S-II.

Lo stadio S-II era costruito dalla North American Aviation a Sea Beach, in California. Come propellente utilizzava ossigeno e idrogeno liquidi e i suoi cinque motori J-2 avevano una disposizione simile a quelli di S-IC. Il secondo stadio era utilizzato per accellerare il Saturn V attraverso gli strati superiori dell'atmosfera, grazie a 5 MN di spinta. A carico completo, il 97% del peso era dato dal propellente^[11].

Invece di avere una struttura propria posta tra i due serbatoi di propellente, come la S-IC, S-II ne possedeva una di di base comune tra il fondo del serbatoio del LOX e la parte superiore del serbatoio di LH2. La separazione era realizzata grazia a due fogli di alluminio realizzati in una struttura a nido d'ape. Essa era in grado di fornire un isolamento termico tra i due serbatoi ceh possedevano una differenza di temperatura di 70 °C.

Stadio S-IVB

  Lo stesso argomento in dettaglio: S-IVB.

 

Separazione di un interstadio (Apollo 6)

Lo stadio S-IVB era prodotto dalla Douglas Aircraft Company a Huntington Beach, in California. Possedeva un motore J-2 che utilizzava lo stesso propellente di S-II. L'S-IVB possedeva inoltre anche una struttura di base comune per separare i due serbatoi. Questo stadio veniva utilizzato due volte nel corso di una missione lunare, la prima volta in orbita dopo aver finito l'utilizzo del secondo stadio e poi veniva acceso una seconda volta per inserire il complesso in una traiettoria di inserzione lunare (Trans Lunar Injection o TLI).

Due sistemi di propulsione ausiliaria a combustibili liquidi venivano utilizzati per in controllo di assetto durante il passaggio dall'orbita parcheggio alla traiettoria di inserzione lunare. I due sistemi ausiliai erano anche utilizzati per garantire un corretto posizionamento dei propellenti prima della seconda accensione^[12].

L'S-IVB era l'unico stadio del razzo Saturn V abbastanza piccolo da essere trasportato per via aerea, in questo caso grazie al Super Guppy.

Strumentazione di controllo

 

La zona per la strumentazione di controllo del Saturn V di Apollo 4.

L'apparecchiatura di controllo, prodotto da IBM, era posizionata al di sopra del terzo stadio. Questa era realizzata presso il E 'stato condotto presso il Space System Center di Huntsville. Il computer di bordo controllava le operazioni da prima del decollo fino al termine dell'accensione del S-IVB. Qui era incluso tutti i sistemi di guida inerziale e di telemetria. Grazie alla misurazione dell'Accelerazione e all'altitudine raggiunta dal razzo, era possibile calcolare la posizione e la velocità del razzo e approntare le corrette modifiche di traiettoria.

Sicurezza

Nel caso che si fosse verificato un guasto che avesse richiesto la distruzione del razzo, il capo della sicurezza poteva inviare un segnale per far esplodere le cariche di esplosivo collocate al di fuori del razzo stesso. Ciò avrebbe creato delle rotture nei serbatoi di propellente per consentire al combustibile di disperdersi rapidamente. In questo caso l'equipaggio avrebbe potuto abbandonare il lanciatore grazie al Launch Escape System e portarsi a distanza di sicurezza per poi effettuare un ammaraggio di emergenza. Dopo aver espulso la torre di salvataggio, le cariche venivano comunque disinnescate.

Riassunto delle missioni

Il programma Apollo ha utilizzato quattro tipi di razzi vettori:

• Little Joe II per voli sub-orbitali senza equipaggio;
• Saturn I per voli sub-orbitali e orbitali senza equipaggio;
• Saturn IB per voli su orbite terrestri con e senza equipaggio;
• Saturn V per voli su orbite terrestri con e senza equipaggio e missioni lunari.

Saturn I senza equipaggio

Missione	Lancio	Tipologia	Risultato della missione
SA-1	27 ottobre 1961	Volo suborbitale	Test per il razzo S-1.
SA-2	25 aprile 1962	Volo suborbitale	Test per il razzo S-1 e trasporto di 109 m³ d'acqua nell'atmosfera superiore per investigare gli effetti delle trasmissioni radio.
SA-3	16 novembre 1962	Volo suborbitale	Come l'SA-2.
SA-4	28 marzo 1963	Volo suborbitale	Verifica degli effetti dell'arresto prematuro del motore.
SA-5	30 aprile 1966	Volo orbitale	Primo volo del secondo stadio.
A-101	28 maggio 1964	Volo orbitale	Testata l'integrità delle strutture del CSM.
A-102	18 settembre 1964	Volo orbitale	Trasporto del primo computer programmabile su un razzo Saturn I; ultimo test di volo.
A-103	16 febbraio 1965	Volo orbitale	Trasporto del satellite Pegasus A.
A-104	25 maggio 1965	Volo orbitale	Trasporto del satellite Pegasus B.
A-105	30 luglio 1965	Volo orbitale	Trasporto del satellite Pegasus C.

Little Joe II senza equipaggio

Missione	Lancio	Tipologia	Risultato della missione
QTV	28 agosto 1963	Volo suborbitale	Primo test per Little Joe II.
A-001	13 maggio 1964	Volo suborbitale	Test fallito per il LES (Launch Escape System).
A-002	8 dicembre 1964	Volo suborbitale	Test fallito per il Max-Q.
A-003	19 maggio 1965	Volo suborbitale	LES: test per la massima altitudine.
A-004	20 gennaio 1966	Volo suborbitale	LES: test per il peso massimo.

Apollo-Saturn IB e Saturn V senza equipaggio

Missione	Lancio	Tipologia	Risultato della missione
AS-201	26 febbraio 1966	Volo suborbitale	Primo test di lancio del razzo Saturn IB.
AS-203	5 luglio 1966	Volo orbitale	Studi sul peso dei serbatoi.
AS-202	25 agosto 1966	Volo suborbitale	Test di volo sub-orbitale del CSM.
Apollo 4	9 novembre 1967	Volo orbitale	Primo test dei propulsori del Saturn V.
Apollo 5	22 gennaio 1968	Volo orbitale	Test dei propulsori del Saturn IB.
Apollo 6	4 aprile 1968	Volo orbitale	Test dei propulsori del Saturn V.

Voli con equipaggio

Patch	Missione	Lancio	Equipaggio	Vettore	Tipologia	Risultato della missione
	AS-204/Apollo 1	Lancio cancellato	Virgil Grissom, Edward White, Roger Chaffee	Saturn IB	Orbita terrestre	Fallimento. mai lanciato: il modulo di comando è andato distrutto in seguito ad un incendio che ha portato alla morte dei tre astronauti, avvenuto il 27 gennaio 1967, durante un test di esercitazione. A seguito della sciagura la missione è stata rinominata Apollo 1.
	Apollo 7	11 ottobre 1968	Walter Schirra, Donn Eisele, Walter Cunningham	Saturn V	Orbita terrestre	Successo. Primo volo umano dell'Apollo e del Saturn IB.
	Apollo 8	21 dicembre 1968	Frank Borman, James Lovell, William Anders	Saturn V	Orbita lunare	Successo. Primo volo umano attorno alla Luna e primo con il Saturn V.
	Apollo 9	3 marzo 1969	James McDivitt, David Scott, Russell Schweickart	Saturn V	Orbita terrestre	Successo. Primo volo umano con il Modulo Lunare (LEM).
	Apollo 10	18 maggio 1969	Thomas Stafford, John Young, Eugene Cernan	Saturn V	Orbita lunare	Successo. Primo volo umano con il Modulo Lunare (LEM) attorno alla Luna.
	Apollo 11	16 luglio 1969	Neil Armstrong, Michael Collins, Edwin Aldrin	Saturn V	Allunaggio	Successo. Primo volo umano atterrato sulla Luna.
File:AP12goodship.png	Apollo 12	14 novembre 1969	Charles Conrad, Richard Gordon, Alan Bean	Saturn V	Allunaggio	Successo. Primo atterraggio preciso sulla Luna.
	Apollo 13	11 aprile 1970	Jim Lovell, Jack Swigert, Fred Haise	Saturn V	Allunaggio	Fallimento[13]. Serbatoio dell'ossigeno esploso durante la rotta per la Luna, allunaggio cancellato, equipaggio salvo.
	Apollo 14	31 gennaio 1971	Alan Shepard, Stuart Roosa, Edgar Mitchell	Saturn V	Allunaggio	Successo. Alan Shepard diventa l'unico astronauta del Mercury a camminare sulla Luna.
	Apollo 15	26 luglio 1971	David Scott, Alfred Worden, James Irwin	Saturn V	Allunaggio	Successo. Prima missione con il veicolo Rover lunare.
	Apollo 16	16 aprile 1972	John Young, Ken Mattingly, Charles Duke	Saturn V	Allunaggio	Successo. Primo atterraggio sugli altipiani lunari.
	Apollo 17	7 dicembre 1972	Eugene Cernan, Ronald Evans, Harrison H. "Jack" Schmitt	Saturn V	Allunaggio	Successo. Ultima missione Apollo verso la Luna, prima missione a cui ha partecipato un astronauta scienziato.

Missioni cancellate

  Lo stesso argomento in dettaglio: Missioni Apollo cancellate.

Missione	Data cancellazione	Equipaggio previsto	Equipaggio di riserva
AS-205	22 dicembre 1966	Wally Schirra, Donn Eisele, Walter Cunningham
Apollo 18	2 settembre 1970	Richard Gordon, Vance D. Brand, Harrison Schmitt
Apollo 19	2 settembre 1970	Fred Haise, Bill Pogue, Gerald Carr
Apollo 20	4 gennaio 1970	Charles Conrad o Stuart Roosa, Paul J. Weitz, Jack Lousma	Stuart Roosa o Edgar Mitchell, Jack Lousma, Don L. Lind

Saturn V
Il primo Saturn V pronto a lanciare l' Apollo 4
Caratteristiche
Dimensioni
Altezza	111 m
Diametro	10 m
Massa	2 800 000 kg circa
Stadi	3 (2 per gli Skylab)
Capacità
Carico utile nelle LEO	127 000 kg (3-stadi) 75 000 kg (2-stadi)
Carico utile per la Luna	47 000 kg
Primo Stadio - S-IC
Motori	5 F-1
Spinta	33,4 MN
Tempo di combustione	150 s
Carburante	RP-1 e O liquido
Secondo Stadio - S-II
Motori	5 J-2
Spinta	5 MN
Tempo di combustione	360 s
Carburante	H e O liquidi
Terzo Stadio - S-IVB
Motori	1 J-2
Spinta	1 MN
Tempo di combustione	165 + 335 s (2 burns)
Carburante	H e O liquidi

Note

1. ^ (EN) Discorso pronunciato dal presidente statunitense John Fitzgerald Kennedy il 25 maggio 1961, su archive.org.
2. ^ Gli esperti della NASA avevano indicato che l'atterraggio sulla Luna ppoteva essere realizzato già nel 1967, ma l'amministratore dell'agenzia, James E. Webb, ha preferito aggiungere due anni per tenere conto di potenziali contrattempi (Fonte: NASA - Monografia Progetto Apollo: una analisi retrospettiva).
3. ^
   (enDiscorso di John Kennedy alla sessione speciale del Congresso del 25 maggio 1961.)
   

   «…I believe that this nation should commit itself to achieving the goal, before this decade is out, of landing a man on the Moon and returning him safely to the Earth. No single space project in this period will be more impressive to mankind, or more important in the long-range exploration of space; and none will be so difficult or expensive to accomplish…»

   (italiano)
   «…credo che questo paese debba impegnarsi a realizzare l'obiettivo, prima che finisca questo decennio, di far atterrare un uomo sulla Luna e farlo tornare sano e salvo sulla Terra. Non c'è mai stato nessun progetto spaziale più impressionante per l'umanità, o più importante per l'esplorazione dello spazio; e nessuno è stato così difficile e costoso da realizzare…»

   (John F. Kennedy)

4. ^ (EN) Low earth orbit rendezvous strategy for lunar missions (PDF), su informs-sim.org. URL consultato il 16 marzo 2011.
5. ^ (EN) Lunar Orbit Rendezvous and the Apollo Program, su nasa.gov. URL consultato il 16 marzo 2011.
6. ^ James R. Hansen, Enchanted Rendezvous: John Houbolt and the Genesis of the Lunar-Orbit Rendezvous Concept (PDF), in Monographs in Aerospace History Series #4, dicembre 1995. URL consultato il 26 giugno 2006.
7. ^ G. Brooks, James M. Grimwood, Loyd S. Swenson, Analysis of LOR.
8. (FR) La genèse du RDV en orbite lunaire, su perso.orange.fr. URL consultato il 6 gennaio 2007.
9. ^ (EN) Smithsonian Institution: National Air and Space Museum, Apollo 8 (AS-503) Man Around The Moon, su nasm.si.edu. URL consultato il 28 febbraio 2011.
10. ^ (EN) Apollo By The Numbers: A Statistical Reference by Richard W. Orloff, su history.nasa.gov, NASA. URL consultato il 17 marzo 2011.
11. ^ Errore nelle note: Errore nell'uso del marcatore <ref>: non è stato indicato alcun testo per il marcatore capcom S-II
12. ^ Errore nelle note: Errore nell'uso del marcatore <ref>: non è stato indicato alcun testo per il marcatore capcom S-IVB
13. ^ Errore nelle note: Errore nell'uso del marcatore <ref>: non è stato indicato alcun testo per il marcatore NASApollo